CN112703079A - 定向单元、包括定向单元的传感器模块和包括传感器模块的激光加工系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于将传感器单元耦合到激光加工装置上以便监测激光加工过程的定向单元，该定向单元包括：第一耦合装置，其具有用于从激光加工装置耦出的过程射束的光学输入端和用于耦合到激光加工装置上的耦合元件；第二耦合装置，其具有光学输出端和用于耦合到传感器单元上的耦合元件；第一调节单元，其布置在第一耦合装置和第二耦合装置之间并且设置用于使第一耦合装置和第二耦合装置彼此倾斜和/或至少在一个方向上彼此移动；和在光学输入端和光学输出端之间的聚焦光学系统，该聚焦光学系统能沿着其光轴移动地布置。一种用于激光加工系统的、用于监测激光加工过程的传感器模块，其包括所述定向单元。一种包括所述传感器模块的激光加工系统。

Description

定向单元、包括定向单元的传感器模块和包括传感器模块的 激光加工系统
技术领域
本发明涉及一种用于将传感器单元耦合到激光加工装置上以监测由激光加工装置执行的激光加工过程的定向单元和一种用于激光加工系统的、用于监测由激光加工系统执行的激光加工过程的传感器模块，所述传感器模块包括这样的定向单元。本发明还涉及一种包括这样的传感器模块的激光加工系统。
背景技术
在用于借助于激光射束加工工件的激光加工系统中，从激光光源或者激光光导纤维的端部出来的激光射束借助于射束导向和聚焦光学系统聚焦或者聚束在待加工的工件上。加工能够包括例如激光切割、激光钎焊或者激光熔焊。激光加工系统也能够被称作激光加工设备或者简短地被称作设备。激光加工系统能够包括激光加工装置(例如激光加工头，比如激光切割头或者激光熔焊头)。尤其在工件的激光熔焊或者钎焊中重要的是，连续地监测熔焊过程或者钎焊过程并且确保加工的质量。加工过程的监测典型地通过对过程射束(也被称为过程束、过程光或者过程辐射)的不同参数的检测和评估来进行。例如从工件的表面往回散射或者往回反射的激光、由于加工产生的在光的红外范围内的等离子体射束、过程辐射(如温度辐射)或者在光的可见范围内的过程辐射。
典型地，借助于传感器单元进行信号的检测，所述传感器单元与激光加工装置连接。过程射束从激光加工装置耦入到传感器单元中。典型地，传感器单元包含多个探测器或者传感器，所述多个探测器或者传感器探测过程射束的不同参数并且作为测量信号输出。
为了确保由传感器单元进行优化的监测，传感器单元在投入运行(Inbetriebnahme)之前必须随着激光加工装置校正。校正具有下述目的：将所述传感器单元调节到相应的激光加工装置上。传感器单元尤其调节或者定向到从激光加工装置耦出的过程射束的定向和聚焦上，以实现过程射束的优化探测和因此的参数的准确求取。校正典型地通过下述方式进行：传感器单元的每个探测器单个地调节到过程射束上。因此，校正是非常费时的并且还必须直接地在相应的激光加工装置上实施。
还值得期待的是，将安装在不同激光加工装置上的多个传感器单元的输出的测量信号或者将相继安装在相同的激光加工装置上的不同传感器单元的输出的测量信号相互比较。典型地，不出现测量信号的可比性，因为在两个传感器单元之间总是存在光学射束路径中(也就是说，过程射束的光学行程中)的差异和/或所使用的电子构件中的差异。在此，光学射束路径中的差异能够由于在相应的传感器单元中所使用的光学组件(如透镜和反光镜)的不同透射或者反射特性或者由于光学组件的成像误差(例如色差或者焦点位置误差)而产生。电子部件中的差异能够例如由于所装入的探测器的不同灵敏性或者很普遍地由于所使用的构件的制造公差而产生。所提到的差异能够例如导致两个传感器单元的测量信号强度是不同的。因此，已经用于激光加工装置的过程监测或者说过程调节又必须对于每个传感器单元重新调节。
发明内容
本发明的任务在于，确保激光加工过程的可复制的监测。本发明的任务还在于，简化用于激光加工系统的传感器单元的投入运行。本发明的任务还在于，简化用于激光加工系统的传感器单元的校正。
该任务通过独立权利要求的主题解决。有利的构型和扩展方案为从属权利要求的主题。
根据本发明的一方面，提出一种用于将传感器单元耦合到激光加工装置上以监测激光加工过程的定向单元，其中，定向单元包括：第一耦合装置，其具有用于从激光加工装置耦出的过程射束的第一光学输入端和用于耦合到激光加工装置上的耦合元件；第二耦合装置，其具有第一光学输出端和用于耦合到传感器单元上的耦合元件；第一调节单元，所述第一调节单元布置在第一耦合装置和第二耦合装置之间，并且所述第一调节单元设置用于使第一耦合装置和第二耦合装置彼此倾斜和/或至少在一个方向上彼此移动；和在第一光学输入端和第一光学输出端之间的聚焦光学系统，所述聚焦光学系统以能沿着该聚焦光学系统的光轴移动的方式布置。根据本发明的一方面，用于将传感器单元耦合到激光加工装置上以监测由激光加工装置执行的激光加工过程的定向单元包括用于与激光加工装置耦合的第一耦合装置，其中，第一耦合装置具有用于从激光加工装置耦出的过程射束的第一光学输入端；用于与传感器单元耦合的第二耦合装置，其中，第二耦合装置具有用于过程射束的第一光学输出端；和第一调节单元，所述第一调节单元布置在第一耦合装置和第二耦合装置之间并且设置用于使第二耦合装置相对于第一耦合装置倾斜和/或在垂直于第一光学输入端的中轴线的至少一个方向上移动。此外，优选设置一种聚焦光学系统，所述聚焦光学系统布置在第一光学输入端和第一光学输出端之间并且能够沿着聚焦光学系统的光轴移动。
根据本发明的另一方面，提出一种用于激光加工系统的、用于监测激光加工过程的传感器模块，其中，所述传感器模块包括：以上所说明的定向单元；和传感器单元，其包括耦合到定向单元的第二耦合装置上的耦合元件、用于从定向单元出来的过程射束的光学输入端和用于探测过程射束的至少一个探测器。所述定向单元设置用于使进入第一耦合装置的光学输入端中的过程射束定向到传感器单元的光学输入端的中轴线上。根据一个方面，用于监测由激光加工装置执行的激光加工过程的传感器模块能够包括如在本发明中所说明的定向单元并且包括传感器单元，其中，该传感器单元设有用于从定向单元出来的过程射束的第二光学输入端、与定向单元的第二耦合装置耦合并且将第二光学输入端耦合到定向单元的第一光学输出端上的耦合元件和用于探测过程射束的至少一个探测器，其中，定向单元设置用于使传感器单元的第二光学输入端的中轴线定向到进入第一耦合装置的第一光学输入端中的过程射束上。优选地，传感器单元的耦合元件与定向单元的第二耦合装置可松脱地耦合。替代地，传感器单元的耦合元件能够与定向单元的第二耦合装置固定地连接。传感器单元能够与定向单元一体地构造。
根据本发明的另一方面，提出一种激光加工系统，所述激光加工系统包括：在本发明中说明的传感器模块；和用于借助于激光束、尤其激光焊接头或者激光切割头加工工件的激光加工装置。所述激光加工装置包括用于耦出过程射束的光学输出端(即，所谓的过程射束输出端)和与定向单元的第一耦合装置耦合的耦合元件。激光加工装置能够具有用于将过程射束从激光束的射束路径中耦出的分束器。
待监测的激光加工过程尤其能够是激光焊接过程。替代地，也能够涉及一种激光切割过程。
本发明基于下述构想：在激光加工系统的激光加工装置和用于监测激光加工过程的传感器单元之间设置一定向单元，所述定向单元实现使过程射束定向到传感器单元的光学输入端的中轴线上并且调节过程射束的所限定的焦点位置。传感器单元的光学输入端的中轴线也能够被看作传感器单元的光轴。换言之，能够借助于定向单元将从激光加工装置耦出的过程射束的焦点位置和/或定向调节或者定向到作为整体的传感器单元上。由此，传感器单元的单个的探测器不再必须单个地调节到相应的激光加工装置的过程射束上，而是事先(例如在制造传感器单元时)已经能够调节到过程射束上，所述过程射束定向到传感器的光学输入端的中轴线上。
在此，在传感器单元在相应的激光加工装置上投入运行时，传感器单元作为整体借助于定向单元定向或者调节到激光加工装置上或者说到从相应的激光加工装置耦出的过程射束上。通过定向单元能够平衡过程射束的射束走向的偏差，所述偏差例如由于激光加工装置的光学组件的像差或者错误的调节而产生。
在定向时，不但聚焦光学系统能够在定向单元中沿着聚焦光学系统的光轴移动，而且整个传感器单元能够在角度上调整和/或在垂直于聚焦光学系统的光轴的一个或者两个方向上移动。通过所说明的发明强烈地简化投入运行，因为由于在制造侧的校准，传感器单元作为整体能够仅仅通过角度的调节或者说聚焦光学系统在定向模块中的移动和调节来定向。即，传感器单元作为整体能够通过定向单元相对于从激光加工装置耦出的过程射束的射束轴线在角度上调整和/或在垂直于光轴的两个方向上移动。
本发明的另外的优点在于，在激光加工装置故障或者改装的情况下较快速地和可复制地替代传感器单元。在这些情况下，装配的传感器单元能够与定向单元分隔开。定向单元能够与激光加工装置连接或者说保留装配在其上。在此，定向单元保留调节到激光加工装置上。也就是说，定向单元的第一耦合装置和第二耦合装置的位置相对彼此保持不变。同样地，聚焦光学系统的调节保持不变。也就是说，过程射束相对于定向模块的光学输出端的中轴线的焦点位置和定向不改变。接着，其它传感器单元能够与定向单元连接。因为定向模块已经调节到激光加工装置上并且保留在这种调节中，并且新的传感器单元在制造侧也被校正和/或校准，在更换传感器单元时不需要附加的校正或者校准步骤。即，在新的传感器单元连接到定向单元上时，过程射束已经定向到传感器单元的光学输入端的中轴线上。此外，能够将从新的传感器单元输出的测量信号与先前所装配的传感器单元比较。因为通过每个传感器单元的在制造侧的校准能够平衡两个传感器单元之间的差异并且能够互相比较由两个传感器单元输出的测量信号。因此，两个传感器单元在校准之后在进入的光强度相同的情况下能够具有相同的测量信号强度。
定向单元能够设置用于调节在第一光学输入端的中轴线和第一光学输出端的中轴线之间的至少一个角度和/或一种偏差。定向单元能够设置用于使第一光学输出端的中轴线在垂直于第一光学输入端的至少一个方向上、优选在两个相互垂直且垂直于第一光学输入端的中轴线的方向上移动。替代地或者附加地，定向单元的第一调节单元能够设置用于调节在第一光学输出端的光轴或者说中轴线和第一光学输入端的光轴或者说中轴线之间的至少一个角度和/或调节在第一光学输出端的光轴或者说中轴线和第一光学输入端的光轴或者说中轴线之间的偏差和/或使光学输出端的中轴线在垂直于第一光学输入端的中轴线的平面内的至少一个方向上移动。所述偏差能够看作是两个中轴线彼此在垂直于一个或者两个中轴线自身的平面内的间距或者移动。所述至少一个角度能够涉及在第一光学输入端的中轴线和第一光学输出端的中轴线之间的两个角度、尤其两个空间角度。因此，能够通过调节输出端的中轴线相对于输入端的中轴线的角度和/或偏差同时调节过程射束相对于(与定向单元的输出端连接的)传感器单元的定向。由此，过程射束能够以所限定的定向进入到传感器单元中。过程射束的定向包括过程射束相对于第二光学输入端的中轴线或者相对于传感器单元的光轴的角度和偏差。
第一调节单元能够设置用于自动地和/或手动地操纵。手动地操纵包括由定向单元的使用者用手的操纵。替代地，第一调节单元能够自动地、例如由控制装置操纵。第一调节单元能够设置用于第二耦合装置相对于第一耦合装置在至少一个方向上的线性运动。第一调节单元能够包括线性马达、线性导向装置、压电元件和/或测微螺旋中的至少一个。第一调节单元能够设置用于第二耦合装置相对于第一耦合装置围绕至少一个垂直于第一光学输入端的中轴线或者垂直于聚焦光学系统的光轴的倾斜轴线或者说摆动轴线的倾斜运动或者说摆动运动。第一调节单元能够包括活球接头。第一耦合装置能够与活球接头的关节头连接或者与其一件式地构造，和/或第二耦合装置能够与活球接头的关节窝连接或者与其一件式地构造。根据一种替代的实施方式，第二耦合装置能够与活球接头的关节头连接或者与其一件式地构造，和/或第二耦合装置能够与活球接头的关节窝连接或者与其一件式地构造。
聚焦光学系统能够平行于或者沿着定向单元的第一光学输入端的中轴线和/或平行于或者沿着定向单元的第一光学输出端的中轴线移动。由此能够调节过程射束的焦点位置。因此，过程射束能够以限定的焦点位置进入到传感器单元中和/或具有预先给定的聚焦。
此外，定向单元能够具有用于调节聚焦光学系统的移动的第二调节单元。第二调节单元能够具有用于保持聚焦光学系统的保持件和/或导向元件、比如用于导向保持件的轨。所述轨能够设置用于使保持件和因此也使聚焦光学系统沿着光学输入端的中轴线和/或沿着光学输出端的中轴线导向。所述轨能够与第一耦合装置或者说第一耦合装置的耦合元件和/或第二耦合装置或者说第二耦合装置的耦合元件固定地连接和/或一件式地构造。保持件能够环状地或者柱形地构造。聚焦光学系统能够具有透镜、透镜组或者用于聚焦过程射束的一个或多个其它光学的元件。
第一耦合装置和/或第二耦合装置能够包括耦合元件、例如法兰。
至少一个探测器能够设置用于探测过程射束的至少一个射束参数、尤其在确定的波长范围内的强度。至少一个探测器还能够设置用于输出探测信号。
传感器单元能够包括多个探测器，所述探测器分别设置用于探测不同波长的过程射束。此外，传感器单元能够包括多个分束器，所述多个分束器分别设置用于将子束从过程射束中耦出并且转向到探测器上。分束器能够包括部分透射的反光镜。
为了使过程射束分裂到多个探测器上，能够设置一个或者多个分束器。分束器能够设置用于将子束以波长选择的方式耦出。分束器能够具有波长选择的涂层、例如二色性的涂层。尤其分束器能够分别具有不同的、波长选择的涂层。由此，由每个分束器分别将具有确定的波长或者具有确定的波长范围的子束耦出。由此，对于相应的探测器能够实现在相应的波长范围内的优化的或者改进的光输出。
探测器能够包括光电二极管和/或光电二极管阵列和/或摄像机、例如基于CMOS或者CCD的摄像机。
相应的探测器能够仅在确定的波长或者确定的波长范围内是灵敏的。例如，第一探测器能够在光谱的可见范围内是灵敏的，第二探测器能够在激光加工装置的激光发射波长范围内是灵敏的，和/或第三探测器能够在光的红外范围内是灵敏的。即，探测器能够构造为使得它们在不同波长范围内是灵敏的。根据一种实施方案，传感器单元包括在光的可见谱内是灵敏的二极管(以便探测等离子体过程辐射)、在激光发射波长范围内是灵敏的二极管(以便探测激光加工装置的激光的反射)和在红外波长范围内是灵敏的二极管(以便探测在红外谱范围或者温度谱范围内的过程辐射)。
此外，传感器单元能够包括控制单元。控制单元能够设置用于接收至少一个探测器的模拟测量信号。此外，控制单元能够设置用于将模拟的测量信号转换为数字的测量信号，以便将所述数字的测量信号向外部的控制单元转递。
探测器的测量信号能够是单个的测量值、测量值列表或者连续地输出的信号。测量信号尤其能够是模拟的信号。例如，探测器能够设置用于输出电压信号。
此外，传感器单元或者说控制单元能够具有一接口，以输出或者转递数字的测量信号。该接口能够设置用于将数字的测量信号向外、例如向上一级的控制单元传递。例如，接口能够设置用于将数字的测量信号转递到激光加工装置的控制单元和/或激光加工系统的控制单元、尤其设备控制装置上。所述接口能够称作“数字前端”。这种实施方式的优点是测量信号(与在模拟的信号传递之后的信号相比)改进的信噪比以及相对于由电磁辐射引起的外部干扰影响较小的易受干扰性。
至少一个探测器中每个能够校准到沿着传感器单元的光学输入端的中轴线的射束上。此外，至少一个探测器中每个能够设置为能够在垂直于其光轴的平面内移动。换言之，探测器在垂直于其光轴的平面内的位置是能够调节的，也就是说，能够在两个空间方向上调节。两个空间方向能够例如垂直于射入到探测器上的子束的射束轴线。传感器单元能够具有相应数量的调节装置用于调节。调节装置能够分别包括压电元件和/或测微螺旋。探测器的可调节性实现将探测器分别调节或者校正到子束的射束轴线上。所述校正实现子束以优化的方式到达探测器上，尤其对中到探测器的探测器面上。所述校正能够例如在制造传感器单元时进行。
在此，在传感器单元投入运行时，传感器单元能够借助于定向单元调节为使得从激光加工装置耦出的过程射束以与在校正探测器时相同的所限定的或者预先给定的焦点位置和/或定向进入或者耦入到传感器单元中。因为探测器事先已经据此校正，因此在投入运行时不再需要探测器的校正。换言之，探测器的校正能够在工厂方面进行。
传感器单元在投入运行之前、例如在制造时已经能够校准。校准能够借助于参考射束或者参考束进行，其中，参考射束例如来自于参考光源，所述参考光源具有所限定的光强度。尤其，传感器单元的至少一个探测器能够借助于能够绝对地测量的光源校准。参考射束能够以所限定的或者预先给定的定向进入到或者耦入到传感器单元中，其中，所述定向优选使得参考射束定向到传感器单元的光学的输入端的中轴线上。此外，具有所限定的或者预先给定的焦点位置的参考射束能够耦入到传感器单元中。传感器单元能够构造为使得在参考射束的限定的或者预先给定的焦点位置的情况下，参考射束的焦点分别与至少一个探测器中每个探测器的表面重合。在这种在工厂方面的校准的情况下由探测器输出的测量信号能够作为参考值被控制单元保存。控制单元还能够设置用于基于所输出的测量信号产生和保存校准值。探测器还能够如以上所说明地与参考射束有关地校正。
因此，在客户处在传感器单元在激光加工装置上投入运行之后所输出的测量信号能够与这些参考值有关地或者与这些参考值相关地输出。
即，通过相应的传感器单元(借助于定向装置)在相应的激光加工装置上的所说明的定向与根据参考光源在工厂方面的校正和校准相联系地能够确保：不同的激光加工系统的传感器单元(关于这些参考光源)的输出的信号强度是可比较的或者在理想情况下是相同的。
由于传感器单元的所说明的在制造侧的校正和校准，传感器单元不再必须当场地并且在投入运行之前随着确定的激光加工装置校正和校准。因此，所述传感器单元能够看作是自成一体的系统。
借助传感器单元能够检测并且可选地也分析过程射束的射束参数的测量信号。由此能够做出对激光加工过程的不同过程参数的推断。例如，软件能够评估测量信号并且对每个由激光加工装置所加工的工件或者构件输出所述评估的结果，例如“好”或者“不好”。典型地，为此必须对软件非常准确地参数化。例如，必须定义测量信号强度的确定的上限或者下限，或者定义在测量信号中的波动的极限，通过所述上限或者下限或者极限进行“好”和“不好”的划分。因为信号由于传感器单元的校准而能够在不同的激光加工设备上比较，可行的是，将良好调节的软件或者其参数化从一个激光加工设备转用到任意多个其它的激光加工设备上并且在每个设备上保证可靠的监测。
附图说明
以下根据附图详细地说明本发明。在附图中示出：
图1根据本发明的一些实施方式的、用于借助于激光束加工工件的激光加工系统的示意性示图；
图2根据本发明的一些实施方式的、用于激光加工系统的、用于监测激光加工过程的传感器模块的示意性示图；
图3根据本发明的一些实施方式的、用于将传感器单元耦合到激光加工装置上以监测激光加工过程的定向单元的示意性示图。
具体实施方式
下面只要没有另外地注明，对于相同的和起相同作用的元件使用相同的附图标记。
图1示出根据本发明的一些实施方式的、用于借助于激光束加工工件的激光加工系统的示意性示图。图2示出根据本发明的一些实施方式的用于激光加工系统的、用于监测激光加工过程的传感器模块的示意性示图。
激光加工系统1包括激光加工装置10和传感器模块20。
激光加工装置10能够例如构造为激光加工头，所述激光加工装置设置用于借助于射束导向和聚焦光学系统(未示出)将从激光光源或者激光光导纤维的端部出来的激光束(未示出)聚焦或者聚束到待加工的工件14上，以便由此实施加工或者加工过程。所述加工能够包括例如激光切割、激光钎焊或者激光熔焊。
在加工时产生过程射束11，所述过程射束进入到激光加工装置10中并且在那里被分束器12从激光束的射束路径(未示出)中耦出。激光加工装置10具有耦合元件13和光学输出端(未示出)。光学输出端或者过程射束输出端能够与耦合元件13组合。过程射束11从激光加工装置10的过程射束输出端耦出。
传感器模块20包括定向单元100和传感器单元200。
定向单元100具有第一耦合装置110和第二耦合装置120。第一耦合装置110具有耦合元件(未示出)和第一光学输入端111。第二耦合装置120具有另外的耦合元件(未示出)和第一光学输出端121。定向单元100还包括聚焦光学系统130，所述聚焦光学系统能够沿着该聚焦光学系统的光轴移动，以便调节焦点位置。
典型地，传感器单元200包括多个探测器或者传感器220，所述探测器或者传感器设置用于探测过程射束11的不同参数(例如强度)并且基于这种探测来输出测量信号。传感器单元200还包括耦合元件210和第二光学输入端211。第二光学输入端211能够与耦合元件210组合地构造。
第一耦合装置110的耦合元件与激光加工装置10的耦合元件连接。由此，定向单元100耦合到激光加工装置10上。换言之，激光加工装置10的过程射束输出端与定向单元100的第一光学输入端111耦合。
第二耦合装置120的耦合元件与传感器单元200的耦合元件210连接。由此，定向单元100耦合到传感器单元200上。换言之，定向单元100的第一光学输出端121与传感器单元200的第二光学输入端耦合。
因此，传感器单元200通过定向单元100耦合到激光加工装置10上。在这里，定向单元100具有适配器的功能。在图1中示出的状态下，从激光加工装置10的过程射束输出端出来的过程光11照射到定向单元100的第一光学输入端111中。接着，所述过程光从定向单元100的第一光学输出端121出来并且进入到传感器单元200的第二光学输入端211中。在传感器单元200中，所述过程光照射到至少一个探测器220上。
定向单元100包括聚焦光学系统130，所述聚焦光学系统在过程射束11的射束路径中布置在定向单元100的第一光学输入端111和第一光学输出端121之间。此外，定向单元100包括第一调节单元140，所述第一调节单元布置在第一耦合装置110和第二耦合装置120之间。第一调节单元140设置用于使第一耦合装置110和第二耦合装置120彼此倾斜或者在至少一个方向上彼此移动。由此，也使定向单元100的第一光学输入端111和第一光学输出端121彼此倾斜或者说移动。这又导致改变过程射束111相对于定向单元100的第一光学输出端121和相对于传感器单元200的第二光学输入端211的定向。
因此，过程射束11能够例如相对于传感器单元200的第二光学输入端211的中轴线来调节。尤其过程射束11能够定向到第二光学输入端211的中轴线上。换言之，该过程射束能够平行于光学输入端211的中轴线延伸。
此外，过程射束11能够借助于定向单元100的聚焦光学系统130聚焦，或者说能够调节所限定的或者预先给定的焦点位置。
如在图2中示出地，第一调节单元140能够包括活球接头。活球接头的关节头与第一耦合装置110连接。根据一些实施方式，活球接头的关节头和第一耦合装置110一体地构造。活球接头的关节窝与第二耦合装置120连接。根据一些实施方式，活球接头的关节窝和第二耦合装置120一体地构造。
活球接头允许调节第二耦合装置120相对于第一耦合装置110的取向或者定向。所述定向能够在两个空间方向或者空间角度θ,
Figure BDA0002838897350000111
上进行。
如在图2中示出地，聚焦光学系统130能够包括聚焦透镜。聚焦透镜能够沿着或者平行于方向Z移动或者调节。根据一些实施方式，方向Z相应于聚焦光学系统130的光轴。聚焦光学系统130的光轴能够相应于第一耦合装置110或者说第一光学输入端111的中轴线或者第二耦合装置120或者说第一光学输出端121的中轴线。
如在图2中示出地，传感器单元120包括多个探测器220a，220b，220c。探测器220a，220b，220c中每个都能够包括光电二极管或者光电二极管阵列或者像素阵列。
此外，传感器单元200包括多个分束器230a，230b，以便将过程射束11分裂或者说分开。分束器230a，230b能够如在图2中所示出地构造为部分透射的反光镜。分束器230a，230b分别设置用于将至少一个子束11a，11b，11c从过程射束11中耦出。如在图2中所示出地，分束器230a将子束11a从过程射束11中耦出，所述子束照射到探测器220a上。分束器230b将子束11b和11c从过程射束11中耦出，其中，子束11b照射到探测器220b上并且子束11c照射到探测器220c上。
根据一些实施方式，分束器230a，230b能够是波长选择的。换言之，分束器230a，230b将子束11a，11b，11c以波长选择的方式从过程射束11中耦出。例如，分束器230a能够设置用于将可见光谱的光作为子束11a耦出，并且分束器230b能够设置用于将在红外光谱内的光作为子束11b耦出。在这种情况下，子束11c能够包含下述光：所述光具有激光加工装置10的激光束的波长范围。由此能够通过相应的探测器220a，220b，220c实现改进的或者优化的光输出，因为分别只有具有确定波长或者波长范围的光照射到相应的探测器220a，220b，220c上。
探测器220a，220b，220c设置用于探测相应地射入的子束11a，11b，11c。探测器220a，220b，220c尤其设置用于探测相应的子束11a，11b，11c的参数。尤其探测器220a，220b，220c能够设置用于探测相应的子束11a，11b，11c的强度。探测器220a，220b，220c设置用于基于探测而产生和输出测量信号。测量信号能够是例如模拟的电压信号。
此外，传感器单元200包括控制单元240。控制单元240与探测器220a，220b，220c连接并且接收探测器220a，220b，220c的测量信号。控制单元240设置用于将模拟的测量信号转换为数字的测量信号并且将这些数字的测量信号提供给接口(未示出)。
探测器220a，220b，220c布置在相应的子束11a，11b，11c的射束路径中，使得子束11a，11b，11c的焦点位置或者焦点与探测器220a，220b，220c的表面重合。换言之，探测器220a，220b，220c布置为使得对于被耦入到传感器单元200中的、具有预先给定的定向和预先给定的焦点位置的过程射束11，探测器220a，220b，220c的位置与相应的子束11a，11b，11c的焦点重合。尤其子束11a，11b，11c能够在传感器单元200的光学输入端211和相应的探测器220a，220b，220c之间具有相同的光学行程长度。
如以上所说明地，过程射束11的预先给定的定向能够使得过程射束11定向到传感器单元200的光学输入端211的中轴线上，或者与该中轴线平行或者共轴地延伸。
如在图2中示出地，探测器220a，220b，220c能够分别在两个方向上调整。也就是说，探测器220a，220b，220c的位置能够在两个方向上调节。例如，所述两个方向能够分别垂直于子束11a，11b，11c的射束轴线。尤其探测器220a能够在垂直于子束11a的射束轴线的平面内移动，探测器220b能够在垂直于子束11b的射束轴线的平面内移动，以及探测器220c能够在垂直于子束11c的射束轴线的平面内移动。如在图2中示出地，探测器220a能够在方向X，Z上移动，其中，子束11a平行于Y方向延伸，探测器220b能够在方向X，Z上移动，其中，子束11b平行于Y方向延伸，以及探测器200c能够在方向X，Y上移动，其中，子束11c平行于Z方向延伸。X方向、Y方向和Z方向能够相应于笛卡尔坐标系的坐标轴，其中，在该示例中选择Z方向沿着聚焦光学系统130的光轴。探测器220a，220b，220c的所说明的可调节性实现：探测器分别调节或者校正到子束11a，11b，11c的射束轴线上。所述校正能够例如在制造传感器单元200时进行。校正实现子束11a，11b，11c分别以优化方式到达探测器220a，220b，220c上，尤其对中到探测器220a，220b，220c的探测器面上。
图3示出根据本发明的其它实施方式的、用于将传感器单元耦合到激光加工装置上以监测激光加工过程的定向单元的示意性示图。
定向单元100的在图3中示出的实施方式具有第一耦合装置110、第二耦合装置120、第一调节单元140和聚焦光学系统130。
第一耦合装置110包括具有中轴线112的光学输入端111。第二耦合装置120包括具有中轴线122的光学输出端121。
第一调节单元140相应于图2示出的实施方式中的第一调节单元并且省去其说明。
聚焦光学系统130构造为聚焦透镜。此外，定向单元100包括第二调节单元150。调节单元150具有保持件151，所述保持件保持聚焦光学系统130。聚焦光学系统130具有光轴133。如在图3中示出地，光轴133共轴于或者平行于第一光学输入端111的中轴线112地延伸。根据其它实施方式，光轴133能够共轴于或者平行于第一光学输出端121的中轴线122。
聚焦光学装置130能够借助于保持件151沿着聚焦光学系统130的光轴133移动。此外，聚焦光学系统130能够具有导向元件(未示出)、例如轨，以使保持件132沿着光轴133导向。根据一些实施方式，透镜130也能够沿着或者平行于光学的输入端111的中轴线112移动。
如在图3中示出地，保持件151可移动地与第一耦合装置110连接。导向元件能够与第一耦合装置110一件式地构造。
第二耦合装置120能够借助于(能够构造为活球接头的)第一调节单元140沿着方向123相对于第一耦合装置110摆动或者倾斜。此外，第二耦合装置120能够沿着第二方向(未示出)相对于第一耦合装置110摆动或者倾斜。由于第二耦合装置120的倾斜，过程射束(在图3中未示出)能够定向到第二耦合装置120的光学输出端122的中轴线122上，所述过程射束相对于光学输入端111的中轴线112以一角度进入到定向单元100中。因此，过程射束能够共轴于或者平行于光学输出端121的中轴线122地从定向单元100中出来。由此，过程射束在进入连接到定向单元100上的传感器单元(在图3中未示出)的第二光学输入端中时又具有限定的定向。尤其过程射束能够定向到传感器单元的第二光学输入端的中轴线上。
通过设置在激光加工装置的光学输出端和传感器单元的光学输入端之间的定向单元能够实现过程射束定向到传感器单元的光学输入端的中轴线上并且调节过程射束的限定的焦点位置。换言之，传感器单元整体能够调节或者定向到从激光加工装置耦出的过程射束的焦点位置和/或定向上。因此，传感器单元的单个的探测器不再必须单个地调节到相应的激光加工装置的过程射束上，而是能够事先(例如在制造传感器单元时)已经调节到过程射束上，所述过程射束调节到传感器单元的光学输入端的中轴线上。这也实现在工厂方面校准探测器到参考光源上。

Claims (15)

1.一种用于将传感器单元(200)耦合到激光加工装置(10)上以监测激光加工过程的定向单元(100)，其中，所述定向单元(100)包括：
-用于与所述激光加工装置(10)耦合的第一耦合装置(110)，其中，所述第一耦合装置(110)具有用于从所述激光加工装置(10)耦出的过程射束(11)的第一光学输入端(111)；
-用于与所述传感器单元(200)耦合的第二耦合装置(120)，其中，所述第二耦合装置(110)具有用于所述过程射束(11)的第一光学输出端(212)；
-第一调节单元(140)，所述第一调节单元布置在所述第一耦合装置(110)和所述第二耦合装置(120)之间并且设置用于使所述第二耦合装置(120)相对于所述第一耦合装置(110)倾斜和/或在至少一个垂直于所述第一光学输入端(111)的中轴线(112)的方向上移动；和
-聚焦光学系统(130)，所述聚焦光学系统布置在所述第一光学输入端(111)和所述第一光学输出端(110)之间并且能够沿着所述聚焦光学系统(130)的光轴(133)移动。
2.根据权利要求1所述的定向单元(100)，其中，所述第一调节单元(140)设置用于调节在所述第一光学输入端(111)的中轴线(112)和所述第一光学输出端(121)的中轴线(122)之间的角度和/或偏差。
3.根据以上权利要求中任一项所述的定向单元(100)，其中，所述第一调节单元(140)包括活球接头、线性导向装置、压电元件和/或测微螺旋。
4.根据以上权利要求中任一项所述的定向单元(100)，其中，所述聚焦光学系统(130)能沿着所述第一光学输入端(111)的中轴线(112)或者沿着所述第一光学输出端(121)的中轴线(122)移动。
5.根据以上权利要求中任一项所述的定向单元(100)，还具有用于调节所述聚焦光学系统(130)的位置的第二调节单元(150)，其中，所述第二调节单元具有所述聚焦光学系统(130)的保持件(151)和导向元件，所述保持件(151)能沿着所述聚焦光学系统(130)的所述光轴(133)移动地与所述导向元件耦合。
6.根据权利要求5所述的定向单元(100)，其中，所述导向元件与所述第一耦合装置(110)固定地连接或者与所述第二耦合装置(120)固定地连接。
7.一种用于激光加工系统(1)的传感器模块(20)，所述传感器模块用于监测激光加工过程，其中，所述传感器模块(20)包括：
-根据以上权利要求中任一项所述的定向单元(100)；和
-传感器单元(200)，其具有用于从所述定向单元(100)出来的过程射束(11)的第二光学输入端(211)、与所述定向单元(100)的第二耦合装置(120)耦合并且将所述第二光学输入端(211)耦合到所述定向单元(100)的第一光学输出端(121)上的耦合元件(210)和用于探测所述过程射束(11)的至少一个探测器(220a，220b，220c)，
其中，所述定向单元(100)设置用于使所述传感器单元(200)的第二光学输入端(211)的中轴线定向到进入所述第一耦合装置(110)的第一光学输入端(111)中的过程射束(11)上。
8.根据权利要求7所述的传感器模块(20)，其中，所述传感器单元(200)包括布置在所述第二光学输入端(211)的中轴线上的探测器(220c)。
9.根据权利要求8所述的传感器模块(20)，其中，所述传感器单元(200)包括：
-至少一个另外的探测器(220a，220b)，所述至少一个另外的探测器与所述第二光学输入端(211)的中轴线间隔开地布置，和
-至少一个布置在所述第二光学输入端(211)的中轴线上的分束器(230a，230b)，所述分束器设置用于将子束(11a，11b，11c)从所述过程射束(11)中耦出并且对准到所述另外的探测器(220a，220b)上。
10.根据权利要求9所述的传感器模块(20)，其中，所述探测器(220a，220b，220c)分别设置用于探测所述过程射束(11)的不同波长，和/或
其中，所述分束器(230a，230b)设置用于对具有确定波长的子束(11a，11b，11c)进行反射或者透射。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的传感器模块(20)，其中，所述传感器单元(200)的所述至少一个探测器(220a，220b，220c)校准到沿着所述传感器单元(200)的第二光学输入端(211)的中轴线的射束上。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的传感器模块(20)，其中，所述传感器模单元(200)还包括：
-控制单元(240)，所述控制单元设置用于接收所述至少一个探测器(220a，220b，220c)的模拟测量信号并且转换为数字测量信号。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的传感器模块(20)，其中，所述传感器单元(200)以能松脱的方式固定在所述定向单元(100)上或者与所述定向单元(100)一体地构造。
14.一种激光加工系统(1)，其包括：
-根据权利要求7至13中任一项所述的传感器模块(20)；和
-用于借助于激光束加工工件(14)的激光加工装置(10)，其中，所述激光加工装置(10)具有过程射束输出端和耦合元件(13)，所述耦合元件与定向单元(100)的第一耦合装置(110)耦合并且将所述激光加工装置(10)的所述过程射束输出端耦合到所述定向单元(100)的第一光学输入端(111)上。
15.根据权利要求14所述的激光加工系统，其中，所述激光加工装置(10)还具有用于将过程射束(11)从所述激光加工装置(10)的激光束的射束路径中耦出的分束器(12)。
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